在介紹FlowForm?螺釘之前，首先想跟大家介紹一個概念，即何為“流鉆螺釘”工藝（別稱：熱融自攻絲/熱融緊固系統）。英文中有的翻譯為Flow drill Screws（FDS），也有翻譯為FlowForm Screws（FFS）,紐北更愿意把這兩種翻譯認為是連接技術使用的螺釘（Screw為螺絲釘）。而“流鉆螺釘”則指代的是一種高速旋轉、自攻絲最后擰緊的連接工藝。

FlowForm?為阿諾德開發的一種“流鉆螺釘”工藝專用螺釘，該螺釘簡稱為FFS。本文將詳細介紹阿諾德開發的FlowForm?螺釘及它的系列產品。

圖1  FFS示意圖

ECB歐洲車身會議Benchmark連接技術統計清單中，就包含Flow drill Screws這一項目，其實這指的是一種工藝，目前行業內普遍將“流鉆螺釘”簡稱為FDS。我們亦可以從國外一些主機廠對流鉆螺釘的代號上看出差異，比如奧迪稱為FDS；奔馳、寶馬稱為FLS。

為了統一中文名稱，我們后續將統一采用“流鉆螺釘”這一術語來指代這一工藝。

圖2  FlowForm?工藝過程

采用FlowForm?螺釘的流鉆螺釘技術與我們通常說的熱融緊固系統的原理是一樣的，即利用螺釘的高速旋轉產生的熱量熔化母材，并加壓在母材上攻螺紋，最終將被連接件（通過ISO標準螺紋）連接在一起。具體工藝過程如圖2，一般流鉆工藝可分為6個階段，此處省略了初始旋轉與穿透。

圖3  FlowForm?螺釘特征

圖3為FlowForm?螺釘斷面示意，其主要分為5個部分特征。螺釘的型號、重量、硬度等信息，相信大家已經很了解。

圖4  FlowForm?螺釘尾部

尾部采用獨特的兩段不同弧度圓弧過渡的結構，尾部尖端區域設計得較為尖銳。FlowForm?較同類產品具有以下優勢：

1)  尾部圓弧設計非常堅固，攻入時不易破裂；

2)  尾部橫截面設計均勻過渡，使攻入時板材能夠充分熱融；

3)  安裝時可降低30%的鉆孔下壓力，使板材受力變形小，減小機器人反作用力，客戶可選擇小規格的機器人，降低投入；

4)  總安裝時間短；

5)  極少的廢屑產生（由于尾部均勻過渡的設計）；

6)  優化的螺釘成形加工工序（螺紋和尾部尖端一次成型）。

圖5  FlowForm?螺釘

流鉆螺釘工藝是否需要在板材上預制孔，受穿透板材的厚度和強度所制約，供應商可通過專業的軟件計算來判斷是否需要預制孔。

圖6為有無預制孔的螺釘斷面對比示意圖，有預制孔時板材連接完成后，板材間無間隙。而無預制孔時，由于材料在攻入時不可避免流動，使得板材間被撐出一定的間隙。

圖6  FlowForm?板件有無預制孔對比

目前FlowForm ?已開始應用于各大主機廠，如，寶馬：5系/5系Li、7系等；奔馳：C/S/E級等；奧迪：R8、Lamborghini Huracan、A8、Q7、TT等；通用：凱迪拉克CT6、Corvette；以及福特，特斯拉，捷豹路虎，蔚來汽車ES8等車企或車型；國內的自主新能源項目也在不斷的加入應用FlowForm?行列。其在部分車型上的應用案例如下。

圖7  凱迪拉克CT6車身材質分布

CT6的車身框架采用近64%采用鋁合金材質，整車的質量比傳統鋼質車身減重效果明顯，約100kg。

凱迪拉克CT6車身采用了目前全鋁車身主流的SPR、FFS（別稱FDS）和RSWA等先進連接技術，其具體的連接種類和數量見圖8。

圖8  CT6車身主要連接及數量

整車應用FlowForm?螺釘745pcs，供應商通過與GM工程師項目前期EVI活動，將全車745個FlowForm?螺釘均設計為統一規格M5x22mm，這也是目前流鉆螺釘技術全球項目中，整車全部應用同一規格流鉆螺釘數量最多的項目。通用集團采用的螺釘頭部為阿諾德開發的標準頭型。螺釘斷面及釘頭外貌見圖9。

圖9  CT6車身用FFS斷面及釘頭

FlowForm?螺釘主要應用于下車體，鋼板（或鋁板）與鋁型材（或鋁鑄件）搭接的部位，比如前機艙、側圍、地板與門檻縱梁等只能單邊可達的部位。

圖10  鋼板與鋁型材的連接

眾所周知，電阻點焊和SPR自沖鉚工藝，用于連接乘員艙內部（尤其是地板中部位置）的零件時是比較困難的。而FlowForm?螺釘只需在板件的一側把螺釘擰緊即可。這就為地板中部位置零件提供了較大的靈活性，可以將工具伸入乘員艙內部來完成螺接。

圖11  地板上某位置橫梁

圖12  前縱梁與周邊連接板

圖13  側圍門檻與B柱加強板

圖14  行李箱后背板上部位置